本站原创摘 要虽然说我国对钢结构的应用比较晚,但如今在我国的建筑行业里,钢结构可以说是越来越受到重视以及应用了,其未来的发展可以说也会是非常好的.本文简单地探讨钢结构在我国建筑中的发展以及钢结构的优点、安装.
关 键 词高层建筑；钢结构；发展；安装技术
中图分类号TU97文献标识码A文章编号1674-6708（2011）34-0125-02
高层的钢结构建筑,在国外的发展已经有了一百多年的历史了,最早的钢结构建筑出现在1883年的美国芝加哥.如今,由于地价的上涨、人口的迅速增长以及对高层建筑结构体系的研究、施工水平不断提高,使得高层建筑得到迅速的发展,而高层钢结构建筑也是不断的在发展中.
1我国高层钢结构建筑的发展
因为我国的经济、技术等原因,使得我国在80年代之前,都没有属于自己的钢结构建筑,直到80年代的中期,因为建筑钢材的快速发展以及外资工程的大量兴建,才推进了我国的高层钢结构建筑出现.之后,随着改革开放的不断深入,促使我国的社会经济得到了飞速的发展,在深圳、上海、北京等等大城市已经出现了大量的高层钢结构建筑.但在1990年~1994年左右,我国的高层钢结构建筑一度停止了发展,近年来又先后在北京、上海、深圳、大连、天津等等地区被广泛的应用,可以说是又掀起了一股建设高层钢结构建筑的,比如说在我国的上海,其中的一个金融中心区域就已经建成了将近15幢超高层钢结构建筑.如今,在我国的高层钢结构建筑领域,在设计方面,无论是从理论的研究、还是设计软件的编制以及实际设计计算能力,甚至是相关的配套工艺,都已经有了很大的进步；在施工方面,无论是工厂制作加工还是现场的安装质量,也已经有了相当的水准.
2高层钢结构建筑的相关优点
2.1材质比较均匀
从钢材的机械性能等方面来说,是比较符合力学计算假定条件的；因为钢材的内部组织结构是比较接近于各向同性的,并且其材质的波动范围相对来说比较小,在一定的应力幅度内,可以很好的保持弹性；其实际的受力状态与工程力学计算的结果都是比较符合的.
2.2塑性和韧性好
钢材在一般的条件作用下,不会出现因为超载而造成的突然断裂的现象.因为钢材能够将局部的应力重新进行分配,从而使得应力的变化能够更加的趋于平缓,而这样的结果仅仅只是会增加应变值而已.由于钢材拥有良好的塑性以及韧性,使得其对于动荷载的适应性能比较强,尤其在强震作用下钢结构能保证较好的延性,相较于其它结构的同类建筑抗震性能大大提高.
2.3强度高,自重轻
钢材的强度比较高,这是毋庸置疑的.而且与钢筋混凝土结构相比,采用钢结构的竖向构件截面面积会更小,这样也就有效地增加了建筑物的实际使用面积.而且钢结构的建筑,其自重是比较轻的,仅仅只是同层高度的混凝土建筑自重的1/2,从而也就减小了在遇到地震外力作用的时侯,减小了结构的设计内力,与此同时还可以有效的降低建筑物基础部分的造价.
2.4施工速度快
由于钢材的绝大部分构件都是事先在工厂进行好相关的生产,等到运往现场的时候,往往只需要做相关的焊接或者螺栓连接工作,整体进行的组装就可以完成了,所以属于没有太多限制条件的、全天候的作业,从而也就加快了施工的速度.而且在进行施工的过程中,不需要支模、拆模,因此还节省了不少成本,钢结构的施工速度大约是混凝土结构施工速度的1.5倍.
2.5符合可持续发展政策
钢结构的建筑,从资源、能源的利用来说,都是相对比较合理的,而且对于周围环境的破坏也不算严重,可以说是绿色的、环保的建筑材料,更是解决日益严峻的环境问题的重要突破点.除此之外,钢材属于具有再循环价值的环保型材料,对于用过的边角材料,都回收再利用,而且钢结构自身的施工是干施工,基本上不需要使用砂、石、土、水泥等等材料,这也就从本质上减少了尘土、废物、噪声的污染.
3钢结构的安装
3.1钢柱的安装
钢柱,是控制建筑的层高、建筑能够建多高的主要竖向构件,更是建筑项目在建成后的使用年限标准以及质量安全的重要环节.正是因为这样,在进行加工、制造及安装的全部过程中,必须要满足相关的规范标准：100m高的超高层钢柱,一般来说,要分为8节~12节构件,而钢柱在翻样下料制作的过程中,应该充分的考虑钢柱因为焊缝的收缩变形以及在竖向荷载的作用下所造成的压缩变形,由此可以看出,钢柱的翻样下料的长度并不是直接的等于其设计时的长度,而且在每一道工序、步骤中,都应该严格的控制好,因为即使只是几毫米的偏差,也是不可以忽略不计的.对于钢柱的标高控制,一般分为二种：按照相对的标高制作来进行安装,适用于12层以下的建筑,或者是对于层高的控制不是十分严格的建筑,建筑物的总高度只要达到了允许偏差的总和就是合格；按设计标高制作安装,适用与12层以上的建筑物,或者是精度、要求都比较严格的层高建筑物,要严格的按照土建的标高来进行安装,第一节钢柱底面标高,每一节钢柱的累加尺寸总和,必须要符合设计要求的总尺寸.
3.2框架梁的制作与安装
高层钢结构建筑以及超高层钢结构建筑,其框架梁一般都是采用H型钢,而且框架梁与钢柱最好是采用刚性的连接,钢柱要贯通型的.框架梁还应该按照设计的编号正确的进行就位.为了能够确保框架梁与钢柱连接处的节点域有比较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,所以在工厂进行生产的时侯,在框架梁所在的位置要设置好悬臂梁连接件（牛腿）,其上下翼缘与钢柱的连接要采用剖口熔透焊缝,腹板则要采用贴角焊缝.由于钢筋混凝土结构的施工允许偏差要大于钢结构的精度要求,所以当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或者是钢筋混凝土筒壁进行连接的时侯,其腹板的连接板可以开成长圆孔,并且应该保证孔边距的要求.焊接收缩变形可以运用经验公式来进行相关的计算,再按照实际加工之后来校核,这样能够准确的确定翻样下料的精确性的长度.在进行施工的时侯要先焊下翼缘,再进行上翼缘的焊接.腹板则应该利用强度比较高的螺栓进行连接,并且要充分的理解在进行设计的时侯,是选择用摩擦型还是承压型的高强螺栓,如果采用的是摩擦型的高强螺栓,其摩擦的系数也应该合理的进行选用.在采用高强螺栓群进行连接的时侯,其孔位的精度是非常重要的.
4我国高层钢结构建筑中存在的问题
4.1用钢量比较多
虽然说钢结构的建筑必定会比钢筋混凝土的建筑用更多的钢材,但仔细分析以后可以看出我国的用钢量 还是比较多：钢筋混凝土结构的建筑,在10层~20层住宅中,其用钢量大约是50kg/m2,而在同类的钢结构建筑当中,其用钢量大约是130kg/m2~160kg/m2.与国外相比：美国100层的高层钢结构用钢量仅仅只是145kg/m2,而日本的钢结构的用钢量则是105kg/m2~130kg/m2.由此可见,与钢筋混凝上结构相比,采用钢结构或钢混结构,其用钢量相差也不十分悬殊,但获得的综合技术经济效益却是巨大的.这是设计思想和观念上应当转变的一点.如果把结构自重减轻、基础减小所节约的钢材,加上部分采用钢混结构,则用钢最还可节省.
4.2钢结构设计力量薄弱
对于高层钢结构建筑的设计,比如说电算的程序、水平的位移控制、抗震的计算设计等等,这些属于比较特性的问题都要求了设计人员必须具有根基扎实的专业知识以及丰富工作经验的.而在我国,并没有给予高层钢结构建筑设计人员、技术力量足够的重视,从而导致了设计单位的高层钢结构建筑设计专业人员的严重匮乏,而专业的设计人员又缺乏对高层钢结构建筑设计的研究以及技术的积累,导致了设计人员的经验不够,从而形成了恶性循环.与此同时,在结构设计的专业问题上,我国的建筑规范要求相差还是较大的,比如说设计方法的选择、抗震方面的设计、抗火方面的设计等等,基本上都是借鉴国外的经验,然而这些与我国的实际情况,还是存在着一定偏差的,而这些差异的存在,往往是确保结构安全质量的关键所在.
4.3国产钢材的规格性能、加工质量等有待提高
我国的科技、经济,都已经得到了很大的进步,并且也正在快速的发展.目前我国的普通钢材生产能力已经是大于市场的需求了,但是在特殊规格和高性能方面,真正能够算得上具有竞争力的、满足市场需求的钢材却不多,也可以说对这种高性能的钢材,其生产能力还是不够的；除此之外,钢材的规格也是不够齐全的,而且还不够配套,并没有真正的形成完整系列的标准；而且钢构件的加工质量对加工设备依赖性强,而高质量加工设备目前主要是进口设备,一般的加工厂难以承受；以上种种原因加大了设计和使用难度.
5我国高层钢结构建筑的发展展望
近几年来,我国已经能够自己生产出系列热轧H型钢了.而且随着我国钢结构的不断发展,钢结构材料的品种也是越来越丰富,比如说H型钢、T型钢以及L型钢等等,这些可以说为我国大力发展钢结构提供了最基本的物质基础.过去限制使用钢结构的政策,已经转变成为大力发展钢结构的政策.1998年,建设部把钢结构技术列为了重点的推广技术；1999年,建设部、国家冶金工业局联合成立了建筑用钢的技术协调小组,协调国家的相关部门在建筑用钢的生产、推广、应用工作,大大的促进钢结构的发展；2000年,建设部、国家冶金工业局建筑用钢协调组,在北京召开全国建筑钢结构技术发展的研讨会,成立了全国钢结构专家小组,并且讨论了国家建筑钢结构产业十五计划.这些都充分的说明了我国钢结构发展,已经具备了非常好的宏观的政策大环境.
6结论
总而言之,高层钢结构建筑的结构体系在我国来说,还只是处于起步的阶段,国家政策的导向以及国民生活的提高对住宅提出的要求等等,都为高层钢结构建筑结构体系的发展以及应用提供了广阔的前景.正是因为这样,必须本着科学的、合理的态度对待高层钢结构建筑,并且结合我国的建筑发展的现状,继续深入研究.